长期定位施肥与土地利用方式对红壤团聚体稳定性的影响

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团聚体是土壤的基本结构单元,影响土壤团聚体形成稳定性的内因(土壤本身)包括成土环境和土壤基本理化性质等,特别是胶结物质的胶结作用;外因主要是人为活动的干扰,以土地利用方式和施肥模式的影响最为广泛。南方红壤面积大、分布广,是我国重要的粮油生产基地。本文以湖南祁阳23年长期定位红壤作为研究对象,分析撂荒(LH)、对照(CK)、单施氮肥(N)、氮磷钾配施(NPK)、氮磷钾配施有机肥(NPKM)五种不同施肥管理类型对土壤团聚体稳定性的影响;以湖南桃源18年长期定位红壤为研究对象,分析自然恢复(NR)、传统利用(TU)、作物轮作(CR)、人工林(AF)四种不同利用方式对土壤团聚体的影响。通过探究土壤有机质、不同形态氧化铁对团聚体形成稳定的影响,结合超声激励下2-0.25mm和0.25-0.053mm水稳性团聚体力学稳定性特征,得出以下主要结论:  (1)长期施肥和利用方式的不同改变了红壤的酸碱性,其中单施氮肥易导致土壤酸化,pH值降低1.76个单位;化学肥料的平衡施用相对减弱这种酸化程度,降低1.38个pH,而配施有机肥料可以有效抑制土壤的酸化,pH值由试验设置初的5.70增至5.86。桃源四种不同土地利用方式下自然恢复处理pH最小,为4.58,其他三种利用方式对土壤pH影响无明显差异。干筛和湿筛的结果表明:氮磷钾配施有机肥则可保持良好的土壤结构,化学肥料平衡施用效果仅次其后,对照和单施氮肥团聚体水稳定性最弱。大于0.25mm水稳性团聚体含量分布如下:LH(74.40%)>NPKM(58.34%)>NPK(35.85%)>CK(24.92%)≥N(23.36%)。桃源红壤以传统利用土壤结构最佳,作物轮作后土壤团聚体稳定性最弱,大于0.25mm水稳性团聚体含量分布如下:TU(74.98%)>AF(53.80%)≥NR(52.90%)>CR(48.90%)。  (2)施肥对土壤有机质含量的影响和对pH影响规律一致。作物轮作在人为施用肥料和地表生物大量归还的作用下,可培肥土壤,有机质含量达27.58g/kg。传统利用土壤较之于人工林和自然恢复土壤有机质含量显著增加。施肥和利用方式的不同均可导致土壤团聚体中有机质的重新分配,体现出团聚体粒径增大,有机质含量增高。红壤中游离氧化铁(Fed)在团聚体中的分布和土壤有机质(SOM)的分布规律一致,同时有机肥的配施更易于Fed向非晶型氧化铁(Feo)的转化,在p<0.01水平下Feo和SOM呈极显著正相关(R2=0.893**,n=8)。氧化铁不同形态的分布展示了其所处环境的不同,微团聚体更易于Feo的形成。  (3)桃源红壤传统利用方式下团聚体具有最强抵抗外力的能力,大团聚体(2-0.25mm)、微团聚体(0.25-0.053mm)抵抗力分别为334.73和228.84J·g-1。祁阳红壤撂荒由于未经人为扰动,地表常年自由生长植物,具有最强抵抗外力的能力,两种粒径团聚体抵抗力分别为374.03和310.13J·g-1。耕作管理后土壤团聚体抵抗外力的破坏能力降低,单施氮肥降低幅度最大,和撂荒相比,两种粒径团聚体抵抗力均减少约2/3。氮磷钾配施是最有利于维持团聚体力稳定性的施肥模式,抵抗力约是撂荒的2/3。2-0.25mm的大团聚体有更好的力学稳定性。  (4)化学胶结剂对水稳性团聚体抵抗外力能力(L)和抵抗时间(T)受不同土地管理类型的影响呈现不同的特点:红壤区L和T呈极显著正相关性(R2=0.697**,n=18),二者均和SOM呈显著正相关(R2=0.483*和0.499*,n=18)。施肥管理后Fed和Fed-Feo共同控制着T,相关系数分别为0.759*和0.754*(n=8)。不同利用方式由于管理方式的差异掩盖了化学胶结剂的作用。综合不同土地管理类型发现,外来扰动越少,胶结物质与团聚体力学稳定性关系越密切,而增加外来扰动易减弱胶结物质的作用。
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